鈉、鎂與冰醋酸、濃鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究

吳文中

摘要：鈉的金屬活動(dòng)性比鎂強(qiáng)，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鈉和鎂分別與濃鹽酸、冰醋酸反應(yīng)，鈉的反應(yīng)速率都明顯比后者小，對(duì)于這一現(xiàn)象，通過(guò)建立金屬與水溶液反應(yīng)釋出H2的微觀作用模型，認(rèn)為鈉與濃鹽酸、冰醋酸反應(yīng)緩慢的主要原因是受其反應(yīng)產(chǎn)物NaCl或CH3COONa在濃鹽酸或冰醋酸中的溶解性或溶解速率小等因素所影響，鈉與鎂的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱只是影響化學(xué)反應(yīng)速率的原因之一;同時(shí)提出影響活潑金屬與水溶液反應(yīng)釋出氫氣反應(yīng)速率的4個(gè)因素的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鈉鎂;冰醋酸;濃鹽酸;實(shí)驗(yàn)探究

1 研究背景

鈉與水作用得到NaOH并釋出H2是中學(xué)階段典型的活潑金屬與水反應(yīng)的課堂教學(xué)資源，許多教師在教學(xué)過(guò)程中把該反應(yīng)的本質(zhì)簡(jiǎn)單歸納為鈉是與水電離出來(lái)的H3O+作用，認(rèn)為溶液中的H3O+濃度越大，則鈉與水溶液反應(yīng)越快的結(jié)論。學(xué)者王永森[1]在探究鈉與酸溶液反應(yīng)時(shí)提出鈉與酸溶液反應(yīng)首先是與H3O+作用，認(rèn)為其他條件相同的情況下，反應(yīng)速率與H3O+濃度成正比的觀點(diǎn);劉文芳老師在“探究鈉與酸溶液的反應(yīng)速率”[2]一文中提出影響鈉與酸溶液反應(yīng)的兩個(gè)因素：H3O+濃度大小以及Na+和H2的擴(kuò)散速率，指出在低濃度酸中，H3O+濃度主導(dǎo)了反應(yīng)速率，高濃度酸中，Na+和H2的擴(kuò)散成了控制反應(yīng)速率的主要原因。但上述觀點(diǎn)無(wú)法解釋一定量的鈉分別與pH=1的鹽酸、pH=13的氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)速率幾乎相同的事實(shí)，因此其觀點(diǎn)值得商榷。“鈉與酸溶液反應(yīng)的差異性分析”[3]一文則指出鈉與濃酸比鈉與水的反應(yīng)速率小得多的原因是鈉與濃鹽酸反應(yīng)得到的NaCl在濃鹽酸中難以溶解而影響反應(yīng)速率，認(rèn)為所得溶質(zhì)的溶解度越大，鈉與水溶液反應(yīng)越快的觀點(diǎn)。

以上各種觀點(diǎn)到底哪種說(shuō)法更合理，哪種思維模型更能真實(shí)表征活潑金屬與水溶液作用的反應(yīng)速率？

2 鈉、鎂分別與濃鹽酸和冰醋酸反應(yīng)的“異常”現(xiàn)象

[實(shí)驗(yàn)1]把一粒黃豆大小的金屬鈉投入到盛有50mL 35%的濃鹽酸的燒杯中，觀察到鈉浮在液面上并來(lái)回移動(dòng)，反應(yīng)平穩(wěn)，無(wú)火星，有大量的白色小顆粒逐漸下沉到燒杯底部，溶液變渾濁，經(jīng)檢驗(yàn)，白色小顆粒為NaCl。

[實(shí)驗(yàn)2]取1鎂條（未打磨，鎂條表面積比[實(shí)驗(yàn)1]的鈉的表面積小得多）投入到盛有50mL 35%的濃鹽酸燒杯中，觀察到鎂開(kāi)始時(shí)下沉并很快上浮到液面，反應(yīng)較劇烈，一段時(shí)間后溶液呈沸騰狀，有大量白霧（白霧為鹽酸小液滴，有強(qiáng)烈的刺激性氣味）產(chǎn)生。比較鈉、鎂分別與濃鹽酸反應(yīng)發(fā)現(xiàn)——鎂與濃鹽酸反應(yīng)快得多。

[實(shí)驗(yàn)3]把一粒黃豆大小的金屬鈉和表面積相近的鎂條同時(shí)投入到盛有50mL 17.4mol/L的冰醋酸的燒杯中。鈉浮在溶液液面上，表面有少量氣泡，無(wú)來(lái)回游動(dòng)現(xiàn)象，反應(yīng)平穩(wěn);鎂下沉到溶液底部，表面產(chǎn)生大量氣泡并逐漸上浮到溶液表面。肉眼觀察，鎂與冰醋酸反應(yīng)速率大得多，同時(shí)可以聞到刺激性氣味（乙酸）。反應(yīng)一段時(shí)間后，往燒杯中慢慢注入蒸餾水，鈉逐漸融化成小球，開(kāi)始在液面上來(lái)回游動(dòng)，反應(yīng)速率顯著增大（注：上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)均在19.5℃左右室溫下進(jìn)行）。

3 提出鈉、鎂與水溶液作用的微觀機(jī)理模型

3.1 “破壞保護(hù)膜”模型研究鈉、鎂與水溶液作用機(jī)理

周星等學(xué)者[4]認(rèn)為鎂在低溫下能和水反應(yīng)，但程度低，在相對(duì)高溫條件下，反應(yīng)程度較高;隨時(shí)間增加，同一溫度下反應(yīng)速率減小，即Mg/H2O反應(yīng)表現(xiàn)出明顯的快速反應(yīng)和慢速反應(yīng)兩個(gè)階段特征：（1）在快速反應(yīng)階段：鎂粉與水的接觸面積大，在反應(yīng)速率一定的前提下，單位時(shí)間參與反應(yīng)鎂的質(zhì)量大，反應(yīng)程度快速增加;（2）在慢速反應(yīng)階段：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鎂粉表面覆蓋了一層Mg（OH）2，使鎂粉與水的接觸面積減小，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，反應(yīng)速率減小，反應(yīng)程度增加緩慢，直至反應(yīng)停止。在Mg/NaOH溶液體系中，更容易形成Mg（OH）2保護(hù)膜，使反應(yīng)難以持續(xù)，這也是大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為鎂與NaOH溶液“不反應(yīng)”的原因所在，請(qǐng)注意，這里的“不反應(yīng)”的真實(shí)含義就是反應(yīng)速率很小的意思，而不是不能“自發(fā)”。

為研究方便，用圖1示意圖表征上述“破壞保護(hù)膜”模型研究鈉、鎂與水溶液作用機(jī)理。

陰極（正極，下同）行為——溶液中+1價(jià)的氫（如H3O+、 CH3COOH、 NH+4、 H2O等粒子）可以靠近或吸附在陰極表面（陰極可以是金屬表面的雜質(zhì)或本身，富集了金屬釋出的電子），并在其陰極表面獲得電子轉(zhuǎn)化為氫原子，氫原子最終形成H2而離開(kāi)陰極表面。僅從陰極行為這一角度分析，影響鎂與水溶液反應(yīng)的快慢是由溶液中的活性氫在陰極表面獲得電子的難易程度與氫分子離開(kāi)“雜質(zhì)”表面快慢共同決定的。

陽(yáng)極行為（負(fù)極，下同）——在陽(yáng)極表面，由于鎂失去電子形成Mg2+，Mg2+快速與溶液中的OH-形成Mg（OH）2保護(hù)膜，溶液中某些粒子進(jìn)攻保護(hù)膜Mg（OH）2，使得Mg（OH）2溶解而離開(kāi)陽(yáng)極表面。僅從陽(yáng)極行為上看，決定反應(yīng)快慢的是鎂失電子的難易程度與保護(hù)膜溶解速率;若保護(hù)膜能及時(shí)被溶解，鎂失去電子的快慢（金屬性）就控制了鎂與溶液的反應(yīng)速率;若保護(hù)膜不能被及時(shí)破壞或難以被破壞，則破壞保護(hù)膜的行為就成了影響反應(yīng)速率的主因。

Mg/NaOH溶液體系中存在“Mg+2H2OMg（OH）2+H2（g），常數(shù)為K1”的化學(xué)過(guò)程，該化學(xué)過(guò)程無(wú)論從焓變還是熵變的角度上看，都有利于反應(yīng)自發(fā)且可以進(jìn)行到底的。計(jì)算獲得Mg/NaOH（aq，1mol/L）體系發(fā)生反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為1062.78，熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明——鎂與NaOH溶液能發(fā)生反應(yīng)。但事實(shí)上鎂不能與NaOH溶液持續(xù)作用釋出H2，分析其原因就是由于在NaOH溶液中難以破壞保護(hù)膜Mg（OH）2所致。同樣利用上述“破壞保護(hù)膜模型”來(lái)分析鋁與NaOH溶液持續(xù)作用釋出H2，就是因?yàn)镹aOH溶液可以很快溶解鋁表面形成的保護(hù)膜[Al2O3或Al（OH）3]。

但鈉、鎂與冰醋酸反應(yīng)時(shí)，在鈉、鎂表面并不會(huì)形成保護(hù)膜，利用上述“破壞保護(hù)膜模型”就不能解釋鎂與冰醋酸反應(yīng)更快的事實(shí)。

3.2 “金屬陽(yáng)離子擴(kuò)散速率”模型研究鈉、鎂與水溶液作用機(jī)理

文獻(xiàn)[5]認(rèn)為，在鈉與鹽酸反應(yīng)體系中存在高濃度的Cl-，由于NaCl溶解度較小，金屬鈉表面的Na+與Cl-所形成的鹽（NaCl）可以暫時(shí)在金屬鈉表面形成“保護(hù)膜”，鈉離子擴(kuò)散速率不足夠快而“暫時(shí)”覆蓋在金屬鈉表面，阻礙金屬鈉與鹽酸的反應(yīng)，其原理如下：

金屬鈉與不同濃度的鹽酸反應(yīng)時(shí)，鹽酸濃度越高，得到固體NaCl也越多，沉積在金屬鈉表面的氯化鈉也越多，從而降低化學(xué)反應(yīng)速率。也就是說(shuō)，溶液中溶質(zhì)溶解度越大，金屬陽(yáng)離子離開(kāi)金屬表面的速率也就越大。這是因?yàn)橘M(fèi)克擴(kuò)散定律——固液相之間的離子擴(kuò)散速率與擴(kuò)散層厚度、擴(kuò)散層的濃度梯度成正比，其中擴(kuò)散層的濃度梯度與溶解度相關(guān)，固體溶質(zhì)的溶解度越大，其濃度梯度也越大，因此溶解度大的物質(zhì)其擴(kuò)散速率往往也越快。為此，修正研究鈉、鎂與水作用的“破壞保護(hù)膜”模型為“金屬陽(yáng)離子擴(kuò)散速率”模型，示意圖如圖2所示。

與水溶液作用機(jī)理示意圖

“金屬陽(yáng)離子擴(kuò)散速率”模型與“破壞保護(hù)膜”模型的陰極行為并沒(méi)有發(fā)生改變，只是陽(yáng)極表面并非只是溶液中某些粒子破壞保護(hù)膜那么簡(jiǎn)單，主要是溶液中各種陰離子與金屬陽(yáng)離子之間的作用，若溶液中的陰離子與金屬陽(yáng)離子形成的溶質(zhì)溶解度越大，那么金屬陽(yáng)離子離開(kāi)陽(yáng)極表面的速率就越大，宏觀上金屬與水溶液反應(yīng)速率也就越大。

3.3 影響鈉、鎂與水溶液反應(yīng)快慢的4個(gè)主要因素

綜上，影響鈉、鎂與水溶液反應(yīng)快慢主要有4個(gè)因素（以金屬鎂為例）。

陽(yáng)極行為：①金屬失電子：Mg-2e-Mg2+;②金屬離子離開(kāi)陽(yáng)極：Mg2+→Mg2+（aq）。

陰極行為：③活性氫在陰極得電子：2H+1+2e-H2;④H2分子離開(kāi)陰極材料：H2（吸附）→H2（g）。

第1個(gè)因素：金屬失去電子的難易取決于金屬本身的性質(zhì)——金屬失電子難易程度可以依據(jù)金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱判斷。

第2個(gè)因素：金屬離子離開(kāi)陽(yáng)極的快慢取決于所形成溶質(zhì)的溶解性——金屬陽(yáng)離子離開(kāi)陽(yáng)極表面的快慢，主要依據(jù)金屬陽(yáng)離子和溶液中陰離子所組成的物質(zhì)的溶解度來(lái)判斷（詳見(jiàn)后文“3.4形成溶質(zhì)的溶解性大小對(duì)鈉、鎂與水溶液反應(yīng)的影響”）。

第3個(gè)因素：活性氫得電子的快慢取決于活性氫的活性強(qiáng)弱和濃度大小。

一般溶液中含有活性氫的粒子主要有H3O+、 CH3COOH+2（來(lái)自CH3COOH的自偶電離）、CH3COOH、 NH+4、 H2O等，但其得電子能力有較大差異，在其濃度相同時(shí)，其中H3O+最容易得電子，但在其濃度差異很大的情況下，相對(duì)難以得電子的H2O照樣也能得電子——“在滴有酚酞試液濃度為1.0mol/L的稀鹽酸中投入一黃豆大小的金屬鈉，可以觀察到金屬鈉周圍的溶液會(huì)變紅色而后又很快褪色”的實(shí)驗(yàn)就說(shuō)明鈉和鹽酸的反應(yīng)過(guò)程中，溶液中的H2O也可以得電子，只是得到的NaOH溶液能很快被鹽酸中和而難以被察覺(jué)。

為了說(shuō)明上述常見(jiàn)含有活性氫的粒子與活潑金屬鈉、鎂作用時(shí)得電子的情景，特別設(shè)計(jì)[實(shí)驗(yàn)4]和[實(shí)驗(yàn)5]。

[實(shí)驗(yàn)4]用2mL 17.4mol/L的冰醋酸和蒸餾水配制成70mL乙酸溶液注入一錐形瓶中;再用2mL 17.4mol/L的冰醋酸以及一定量的乙酸鈉固體和蒸餾水配制70mL的混合溶液注入另一錐形瓶，兩種溶液溫度均為20.2℃。然后分別加入1.3g未經(jīng)打磨的鎂條，使用數(shù)字化傳感技術(shù)分別測(cè)定上述2個(gè)反應(yīng)體系的pH和溫度隨反應(yīng)時(shí)間變化的曲線，如圖3所示。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中2個(gè)反應(yīng)體系溶液的溫度變化幾乎一致，顯示2個(gè)反應(yīng)體系的反應(yīng)速率幾乎一樣，肉眼觀察兩者產(chǎn)生氣泡量幾乎一樣，意思是盡管H3O+更容易得到電子，但濃度小，乙酸溶液或乙酸與乙酸鈉的混合溶液與金屬鎂反應(yīng)的快慢取決于乙酸分子濃度，正因?yàn)樯鲜?個(gè)反應(yīng)體系中乙酸分子濃度幾乎一樣，因此其反應(yīng)速率也幾乎一樣。

事實(shí)上，NH+4也可能直接得到陰極表面的電子，為此我們?cè)O(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)。

[實(shí)驗(yàn)5]配制濃度1.0mol/L的NH4Cl溶液及濃度為1.0mol/L NH4Cl與少量濃氨水的混合溶液100mL，分別放入2只250mL燒杯中，同時(shí)加入1.3g未經(jīng)打磨的鎂條，使用數(shù)字化傳感技術(shù)分別測(cè)定2個(gè)反應(yīng)體系的pH和溫度隨反應(yīng)時(shí)間變化的曲線，如圖4所示（pH傳感器所測(cè)定的pH有誤差，但不影響兩者的對(duì)比實(shí)驗(yàn)討論）。

反應(yīng)開(kāi)始階段NH4Cl溶液pH顯著升高，而NH4Cl和氨水混合溶液pH升高緩慢，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中2個(gè)反應(yīng)體系溶液的溫度變化幾乎一致，顯示2個(gè)反應(yīng)體系的反應(yīng)速率幾乎一樣，肉眼觀察兩者產(chǎn)生氣泡量幾乎一樣。上述實(shí)驗(yàn)同樣可以說(shuō)明——盡管H3O+更容易得到電子，但由于濃度小，影響NH4Cl溶液或NH4Cl與氨水的混合溶液與金屬鎂反應(yīng)快慢的因素在于NH+4濃度，正因?yàn)樯鲜?個(gè)反應(yīng)體系中NH+4濃度幾乎一樣，因此其反應(yīng)速率也幾乎一樣。

值得注意的是[實(shí)驗(yàn)4]和[實(shí)驗(yàn)5]得電子的粒子不可能主要是H2O，因?yàn)殒V與NaCl溶液作用產(chǎn)生的H2慢得多，但H2O也不可能不得電子。

綜上，鈉、鎂與水溶液作用時(shí)其陰極行為主要就是活性氫得電子的難易程度以及活性氫的濃度大小。

第4個(gè)因素：陰極材料性質(zhì)對(duì)反應(yīng)的影響。

純凈的鋅與稀硫酸難以反應(yīng)，但若加入銅粉則可顯著提高鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率，在鋅和稀硫酸反應(yīng)體系中加入少許氯化汞，則鋅和稀硫酸之間幾乎就不能發(fā)生反應(yīng)。對(duì)于這一現(xiàn)象，在物理化學(xué)教材中主要是用析氫超電位理論來(lái)解釋，其中H2在汞表面的超電位特別大，H2分子難以“逃逸”。從微觀角度分析就是H2在不同金屬或雜質(zhì)表面“脫吸”的難易程度不一樣，由于文章篇幅所限，不再贅述。

3.4 形成溶質(zhì)的溶解性大小對(duì)鈉、鎂與水溶液反應(yīng)的影響

學(xué)者張勇、鄧偉等[6]在“利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究氯離子對(duì)金屬腐蝕速率的影響”一文中，利用溫度傳感器、電流傳感器、電勢(shì)傳感器和壓力傳感器測(cè)定氯離子對(duì)金屬腐蝕的影響，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)說(shuō)明氯離子能加快金屬腐蝕速率的廣泛性。氯離子對(duì)金屬的腐蝕一是破壞金屬物質(zhì)表面的氧化膜等，二是與金屬離子形成配合物促進(jìn)金屬溶解。為了說(shuō)明鈉、鎂與不同水溶液作用所形成的溶質(zhì)對(duì)反應(yīng)速率的影響，選取鈉、鎂等活潑金屬的硫酸鹽、氯化物和氫氧化物的溶解性作詳細(xì)分析討論。查閱常見(jiàn)金屬的硫酸鹽、氯化物和氫氧化物的溶解度如表1所示。

從表1中可以看到：常見(jiàn)金屬的硫酸鹽的溶解度無(wú)一例外地比相應(yīng)的氯化物的溶解度小，若換算為物質(zhì)的量濃度，硫酸鹽濃度同樣明顯小于相應(yīng)氯化物濃度，其中鋅的硫酸鹽的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其氯化物的溶解度，為此補(bǔ)充[實(shí)驗(yàn)6]——取質(zhì)量為5.0g且大小形狀相同的高純度鋅粒，分別投入到100mL 1mol/L的硫酸和2mol/L的鹽酸中（20.2℃左右），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋅與稀硫酸作用時(shí)，鋅粒表面氣泡較少（氫在鋅上析出的超電勢(shì)為0.70V[7]），但是鋅與鹽酸反應(yīng)劇烈（盡管上述實(shí)驗(yàn)中，硫酸和鹽酸溶液的pH幾乎一樣），印證了“鋅與溶液中陰離子所形成溶質(zhì)的溶解性大小顯著影響金屬與水溶液作用的反應(yīng)速率”的結(jié)論。又如Al與CuSO4溶液反應(yīng)體系中，由于鋁表面易形成一層致密的氧化膜，導(dǎo)致Al與CuSO4溶液的反應(yīng)難以較快進(jìn)行，為了加快反應(yīng)速率，可以在CuSO4溶液中加入少量固體NaC1。結(jié)果顯示，鋁與硫酸銅反應(yīng)明顯加快完成“銅樹(shù)”實(shí)驗(yàn)，其中加入NaCl固體后，溶液中的Cl-濃度增大，為Al3+形成的鹽的溶解度相應(yīng)增大，即Cl-的存在，使得Al3+離開(kāi)金屬表面更快，Al3+的擴(kuò)散速率更大。

3.5 鈉、鎂與冰醋酸反應(yīng)出現(xiàn)“異常”的原因分析

上述[實(shí)驗(yàn)3]中鈉和鎂分別與冰醋酸反應(yīng)，為什么鈉的反應(yīng)速率反而比鎂與冰醋酸的反應(yīng)速率小？

采用“金屬陽(yáng)離子擴(kuò)散速率”模型討論上述實(shí)驗(yàn)的“異常”現(xiàn)象是不錯(cuò)的選擇。

首先，鈉鎂相比，前者的金屬活動(dòng)性強(qiáng)，因此從金屬失電子角度上看，鈉與冰醋酸反應(yīng)更快;第二，2個(gè)反應(yīng)體系中都是CH3COOH或CH3COOH+2得電子，無(wú)顯著差異;第三，兩種金屬含有的雜質(zhì)不多，對(duì)反應(yīng)速率的影響很小;第四，鈉與冰醋酸反應(yīng)形成的溶質(zhì)是乙酸鈉，鎂與冰醋酸反應(yīng)形成的溶質(zhì)是乙酸鎂，其溶質(zhì)的性質(zhì)不一樣。

以上分析推理可獲知：鈉、鎂與冰醋酸反應(yīng)“異常”定是因?yàn)殁c、鎂和冰醋酸反應(yīng)后形成的溶質(zhì)在冰醋酸中溶解度存在顯著差異所致。但查閱許多文獻(xiàn)和教材，未能查到CH3COONa與Mg（CH3COO）2在冰醋酸中的溶解度，為此分別取1.5g CH3COONa和Mg（CH3COO）2固體于2只100mL的燒杯中，同時(shí)加入50mL 17.4mol/L的冰醋酸，稍稍攪拌，6分鐘后，Mg（CH3COO）2固體能完全溶解，而CH3COONa固體在乙酸中難以溶解。

在鈉、鎂同時(shí)放入冰醋酸的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，一段時(shí)間后再加入蒸餾水，發(fā)現(xiàn)鎂和冰醋酸反應(yīng)速率有所增大，這是因?yàn)楸姿岜凰♂尯螅w系中更容易得電子的H3O+逐漸增多所致;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鈉和冰醋酸反應(yīng)速率增大更顯著，那是因?yàn)橐宜徕c在水中的溶解度顯著增大所致，而乙酸鎂在水中溶解度增大相對(duì)不明顯[注：20℃時(shí)，CH3COONa的溶解度為46.4g/（100g水），Mg（CH3COO）2的溶解度為53.4g/（100g水），且乙酸鈉比乙酸鎂的摩爾質(zhì)量小許多，因此前者的物質(zhì)的量濃度比后者大許多]。

綜上，歸納、概括、總結(jié)鈉、鎂或其他金屬與水溶液作用的認(rèn)識(shí)過(guò)程，研究其反應(yīng)速率的思維模型的發(fā)展過(guò)程可用圖5來(lái)描述。

4 預(yù)測(cè)并證實(shí)或證偽其他金屬與水溶液作用結(jié)果

那么，其他金屬與水溶液作用時(shí)是否也有類似規(guī)律，化學(xué)反應(yīng)速率大小是否可以采用“金屬陽(yáng)離子擴(kuò)散速率”模型來(lái)解釋？現(xiàn)以解釋或預(yù)測(cè)有關(guān)金屬鉛與水溶液的作用為例來(lái)說(shuō)明。

鉛為什么不能與硫酸溶液反應(yīng)——主要因?yàn)镻bSO4難溶于水。

鉛為什么能與濃鹽酸反應(yīng)釋出H2——因?yàn)镻bCl2在濃鹽酸中溶解度增大，PbCl2在高濃度Cl-中形成PbCl-3配離子，相當(dāng)于顯著增大了PbCl2的溶解度，有利于Pb2+的擴(kuò)散。

為什么“鉛室法制硫酸”中用鉛制品作為制備硫酸的容器——因?yàn)殂U很難與硫酸溶液反應(yīng)，不但因?yàn)镻bSO4難溶于水形成保護(hù)膜，而且H2在Pb上難以“逃逸”，Pb存在較高的析氫超電位。

鉛蓄電池為什么不使用鹽酸為電解質(zhì)溶液——防止鉛與鹽酸直接發(fā)生反應(yīng)放出H2。

鉛能與稀硝酸反應(yīng)、與濃硝酸卻不反應(yīng)——濃硝酸能使Pb表面形成保護(hù)膜，類似金屬鐵、鋁遇濃硝酸發(fā)生的“鈍化”作用。

鉛為什么能與醋酸溶液持續(xù)反應(yīng)——因?yàn)榇姿徙U在水中溶解度較大。

鈣、鋇等金屬的氫氧化物及其硫酸鹽的溶解度比較小，依據(jù)上述分析模型預(yù)測(cè)鈣和鋇等兩種金屬分別與水或稀硫酸反應(yīng)的速率并沒(méi)有鈉分別與水、稀硫酸反應(yīng)那么劇烈，盡管鈣和鋇的金屬活動(dòng)性比鈉強(qiáng)，為了證實(shí)或證偽，設(shè)計(jì)[實(shí)驗(yàn)7]。

[實(shí)驗(yàn)7]取2顆黃豆大小的金屬鈣、分別投放到2只盛有30mL蒸餾水與1mol/L的稀硫酸溶液的燒杯中（兩種溶液溫度均為20.2℃左右），發(fā)現(xiàn)金屬鈣下沉到溶液底部，其中蒸餾水中的鈣表面均勻地產(chǎn)生氣泡，比鈉與水反應(yīng)平緩、安靜，一段時(shí)間后，溶液突然變渾濁;在稀硫酸體系中，比鈉與稀硫酸反應(yīng)更平緩，投入金屬鈣的瞬間能看到在金屬鈣周圍有大量白色沉淀，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鈣表面產(chǎn)生的氣泡量減少，不久后，鈣與硫酸反應(yīng)出現(xiàn)微小的“爆炸”現(xiàn)象并繼續(xù)反應(yīng)。原因就是鈣與水、硫酸反應(yīng)得到溶質(zhì)Ca（OH）2、 CaSO4的溶解度均比較小，鈣離子離開(kāi)金屬表面慢，離子的擴(kuò)散速率小，這說(shuō)明活潑金屬與水或酸溶液反應(yīng)得到的堿或鹽的溶解性對(duì)反應(yīng)速率的影響是顯著的，甚至可能在許多情況下是控制性因素。分析鈉/氫氟酸體系，發(fā)現(xiàn)生成物氟化鈉是溶解度較小的固體（氟化鈉20℃的溶解度為4.06g/100g水），預(yù)測(cè)鈉和氫氟酸反應(yīng)是緩慢的。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制和氫氟酸相關(guān)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，上述預(yù)測(cè)雖未能證實(shí)或證偽，但推斷鈉和氫氟酸的反應(yīng)速率一定不快。

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